论文部分内容阅读
摘要：针对数控实训教学目前存在的实训室建设成本高、教学质量不理想、教学效率低等问题，笔者提出利用DNC系统指导数控编程、数控维护等实训教学，希望通过信息化教学的方式培养现代化的高端数控人才。应用结果证明，DNC系统能够促进数控教学过程实现科学化、规范化，能有效提高学生学习的积极性，提升教学效果。
关键词：数控实训；DNC；数控通讯；信息化教学
一、引言
数控装备、数控编程技术、数控加工是实现制造业转型升级的关键因素。目前，国内关键环节的数控化率己达33%，因此，培养高端的数控技能人才对于提升我国制造业整体水平至关重要，而数控实训教学是培养高端数控技术人才必不可少的环节。数控实训教学的目的，就是利用理论教学与实际操作相结合的方式，培养具备数控调试、实操、维修、编程等专业技术能力，能够适应加工、服务、管理等各个环节实际需要的高端技能型数控人才。然而，职业院校的数控实训教学在实训室建设、实训教学管理、技术培养方向等方面还存在着一些问题。比如，数控实训设备数量不足；教学效率低且教学质量不高；学生的技术能力无法满足现代化企业的数控人才需要等。
针对以上问题，笔者以某职业技术学院的“FANUC数控系统应用技术工作室扩建项目”为例，分析了分布式数控（Distributed NumericalControl，DNC）系统在数控实训教学中的具体应用。
二、FANUC实训中心的现状
（一）数控实训室概述
某职业技术学院的FANUC实训中心是教育部校企合作项目中河南省唯一的一个实训中心。目前，数控实训室一共有FANUC数控实训设备23台，包括FANUC数控车床和FANUC数控加工中心。
（二）DNC实训教学系统
DNC系统指的是利用一台中央计算机将若干台数控设备连接，实现数控设备的综合控制。数控实训中心用于数控实训的信息化教学系统主要包括CAD工作站、CAM工作站、程序编辑仿真工作站、数控参数维护工作站等信息化软件系统，其中程序编辑仿真、参数维护等经常被功能更强大的DNC系统所代替。某职业技术学院FANUC实训中心在2015年正式使用DNC系统指导数控实训教学。实训中心使用的DNC系统涵盖数控系统以太网通信、数控加工程序集中管理、机床状态远程实时监控、系统参数远程科学管理、机床故障诊断、机床运行效能智能分析、机床远程控制等功能。
三、DNC系统在FANUC实训中心的应用
（一）数控通信实训教学
数控设备是车间内执行加工生产的高端智能一体化设备，现代的生产车间内数控装备经常需要配合外界其他智能设备辅助生产，比如，利用机械臂完成自动上料、利用激光器完成在线监测等。这些功能的实现都需要精通数控设备通信的信息化人才，目前，国内的数控培训基本都集中在数控设备本身的操作培训，在设备通信方面比较欠缺。DNC系统的基础功能就是实现数控设备的联网通信。
1.硬件连接
2.数控实训设备端设置
FANUC的以太网功能是通过TCP/IP协议实现的。因此，CNC系统端只需要设定CNC的IP、TCP和UDP的服务端口号即可。机床端依次执行【sYSTEM】和【PCMCIA】，出现包含【公共】【FOCAS2】【FTP传送】的嵌入以太网设定画面。在【公共】页面设置数控系统IP地址及子网掩码，在【FOCAS2】操作界面设置TCP和UDP的服务端口号。
3.DNC系统服务器端设置
DNC系统服务器端的设置主要包括采集主机网络设置及采集服务器端软件的设置。采集主机网络设置是设置计算机本身的有线TCP/IPv4网络属性。DNC软件端的设置，主要是设置采集机床信息。DNC服务器需要配置联网管理的数控设备的“身份信息”，包含名称、型号、IP地址、端口号等内容。教学使用过程中，教师在安排学生分别完成CNC端网络设置后，此处只需要按照每台设备设置的信息逐一配置即可，此处设置系统以注册表的形式存在，故只需设置一次即可。
（二）数控编程实训教学
数控编程教学是数控实训中心的重点实训项目，常规的数控编程实训，每个学生按照工艺图纸编写好程序后，需要再上机输入并进行程序调试，指导教师检查每一个学生的程序编写情况，需要逐一查看每台数控设备的程序运行情况。此种模式还是传统的“手把手”教学方法，仅适合“一对一”或小规模实训教学。
FANUC实训中心使用的DNC系统的程序管理模块集成了程序管理、流程管理、分类统计以及备份恢复等模块。借助DNC系统的程序管理模块，数控教学教师对大规模实训学生可以实现“边实操边指导”，学生编程实践不再局限于固定的数控实训机床。DNC系统对数控编程实训教学质量的提高和教学效率的提升主要体现在以下几点：
1.程序管理
使用程序管理功能，远程计算机可以访问联网内任意一台数控实训设备内的程序，包括程序列表、程序名、程序编号、编写日期、编写作者、注释内容等，同时具备程序的上传下载功能。在实际教学过程中，教师在需要下发编程实例时，只需要在远程客户端打开DNC程序管理模块，选择制定程序和下发程序的机床编号即可完成程序的下发任务。学生在实训设备端，同样可以请求NC服务器内的数控程序，得到教师“确认”后，程序自动下载到相应的数控实训设备内。学生上机编写好程序后，不需要做任何操作，教师通过远程计算机就可以查看到所有学生编写完好的程序，并进行编写指导。
2.版本管理
DNC系统具备完善的程序版本管理功能，学生在每一台数控实训设备上的每次更改均产生新版本，系统自动跟踪并记录程序文件的所有变更，允许指导教师比较恢复指定程序版本。
3.运行监控
数控实训教学重视学生实际操作能力的培养，学生完成教师下发的程序编写任务后，需要上机调试运行，方能验证编写程序是否完全正确。在实际操作中，学生经常由于上课不认真、操作不规范、编程知识掌握不牢靠等原因造成实训设备故障。DNC系统能够实时监控联网内数控实训设备的运行状态和各项实时数据，教师通过DNC客户端可以同时监管所有学生的实训操作，一旦学生操作不规范或机床出现故障，教师能够第一時间锁定目标，并给出远程指导意见。
（三）数控维护实训教学
数控系统本身的复杂性要求企业需要专业的数控维护工程师。数控维护实训教学是学生学习数控运行原理、系统维护及故障维修等专业数控知识的重要课程。传统的数控系统参数维护都是单台手动维护，工作量大、效率低，新型的高端数控技能型人才必须能够使用信息化系统，实现数控系统的远程维护、批量维护。以PMC信号的编辑维护为例，教师做理论教学时，可以直接通过计算机访问联网内实训设备的实际信号值，而不需要做完理论教学后，再让学生去上机验证，这能够极大地促进教学的流畅性，真正实现“边教边学”。另外，学生在做PMC信号调试练习时，也可以通过计算机在远端实现，而不需要直接操作实训设备，而且学生的调试结果，教师同样可以在远程端实时监控。
四、DNC系统对数控实训教学的影响
（一）降低数控实训成本
DNC系统使数控实训教学彻底摆脱了实训设备不足、学生实操机会少的问题，因为数控教学过程中教师与学生通过计算机实现“人机联动”，数控实操学习基本可以在计算机上完成，不需要一直实操数控设备。计算机和机房的建设成本是要远远小于数控实训设备和实训室的建设成本的。
（二）提高数控实训质量
借助DNC系统，教师能够轻松地同时指导45名学生进行数控实训，学生实训过程中可以在线寻求指导教师帮助。实训过程的信息化有效提升了教师的教学效率，丰富了课堂教学内容。
（三）激发学习动力
使用信息化教学系统，学生兴趣浓厚，对数控实训的学习由以前的在教师督促下的“被动学习”转变为现在的“主动学习”。学生对DNC系统的使用学习比较快，且实际动手使用过后不再觉得实训教学枯燥无味，而是对数控实训课程充满期待，并且能够主动地探索新知识。
面对目前数控实训教学存在的问题，笔者通过数控通信实训教学、数控编程实训教学、数控维护实训教学三个方面，描述了DNC系统在数控实训教学中的应用，实际使用结果证明DNC系统对提高数控实训教学质量、提升学生学习效率、降低教学成本、规范教学管理等有很大的帮助。
关键词：数控实训；DNC；数控通讯；信息化教学
一、引言
数控装备、数控编程技术、数控加工是实现制造业转型升级的关键因素。目前，国内关键环节的数控化率己达33%，因此，培养高端的数控技能人才对于提升我国制造业整体水平至关重要，而数控实训教学是培养高端数控技术人才必不可少的环节。数控实训教学的目的，就是利用理论教学与实际操作相结合的方式，培养具备数控调试、实操、维修、编程等专业技术能力，能够适应加工、服务、管理等各个环节实际需要的高端技能型数控人才。然而，职业院校的数控实训教学在实训室建设、实训教学管理、技术培养方向等方面还存在着一些问题。比如，数控实训设备数量不足；教学效率低且教学质量不高；学生的技术能力无法满足现代化企业的数控人才需要等。
针对以上问题，笔者以某职业技术学院的“FANUC数控系统应用技术工作室扩建项目”为例，分析了分布式数控（Distributed NumericalControl，DNC）系统在数控实训教学中的具体应用。
二、FANUC实训中心的现状
（一）数控实训室概述
某职业技术学院的FANUC实训中心是教育部校企合作项目中河南省唯一的一个实训中心。目前，数控实训室一共有FANUC数控实训设备23台，包括FANUC数控车床和FANUC数控加工中心。
（二）DNC实训教学系统
DNC系统指的是利用一台中央计算机将若干台数控设备连接，实现数控设备的综合控制。数控实训中心用于数控实训的信息化教学系统主要包括CAD工作站、CAM工作站、程序编辑仿真工作站、数控参数维护工作站等信息化软件系统，其中程序编辑仿真、参数维护等经常被功能更强大的DNC系统所代替。某职业技术学院FANUC实训中心在2015年正式使用DNC系统指导数控实训教学。实训中心使用的DNC系统涵盖数控系统以太网通信、数控加工程序集中管理、机床状态远程实时监控、系统参数远程科学管理、机床故障诊断、机床运行效能智能分析、机床远程控制等功能。
三、DNC系统在FANUC实训中心的应用
（一）数控通信实训教学
数控设备是车间内执行加工生产的高端智能一体化设备，现代的生产车间内数控装备经常需要配合外界其他智能设备辅助生产，比如，利用机械臂完成自动上料、利用激光器完成在线监测等。这些功能的实现都需要精通数控设备通信的信息化人才，目前，国内的数控培训基本都集中在数控设备本身的操作培训，在设备通信方面比较欠缺。DNC系统的基础功能就是实现数控设备的联网通信。
1.硬件连接
2.数控实训设备端设置
FANUC的以太网功能是通过TCP/IP协议实现的。因此，CNC系统端只需要设定CNC的IP、TCP和UDP的服务端口号即可。机床端依次执行【sYSTEM】和【PCMCIA】，出现包含【公共】【FOCAS2】【FTP传送】的嵌入以太网设定画面。在【公共】页面设置数控系统IP地址及子网掩码，在【FOCAS2】操作界面设置TCP和UDP的服务端口号。
3.DNC系统服务器端设置
DNC系统服务器端的设置主要包括采集主机网络设置及采集服务器端软件的设置。采集主机网络设置是设置计算机本身的有线TCP/IPv4网络属性。DNC软件端的设置，主要是设置采集机床信息。DNC服务器需要配置联网管理的数控设备的“身份信息”，包含名称、型号、IP地址、端口号等内容。教学使用过程中，教师在安排学生分别完成CNC端网络设置后，此处只需要按照每台设备设置的信息逐一配置即可，此处设置系统以注册表的形式存在，故只需设置一次即可。
（二）数控编程实训教学
数控编程教学是数控实训中心的重点实训项目，常规的数控编程实训，每个学生按照工艺图纸编写好程序后，需要再上机输入并进行程序调试，指导教师检查每一个学生的程序编写情况，需要逐一查看每台数控设备的程序运行情况。此种模式还是传统的“手把手”教学方法，仅适合“一对一”或小规模实训教学。
FANUC实训中心使用的DNC系统的程序管理模块集成了程序管理、流程管理、分类统计以及备份恢复等模块。借助DNC系统的程序管理模块，数控教学教师对大规模实训学生可以实现“边实操边指导”，学生编程实践不再局限于固定的数控实训机床。DNC系统对数控编程实训教学质量的提高和教学效率的提升主要体现在以下几点：
1.程序管理
使用程序管理功能，远程计算机可以访问联网内任意一台数控实训设备内的程序，包括程序列表、程序名、程序编号、编写日期、编写作者、注释内容等，同时具备程序的上传下载功能。在实际教学过程中，教师在需要下发编程实例时，只需要在远程客户端打开DNC程序管理模块，选择制定程序和下发程序的机床编号即可完成程序的下发任务。学生在实训设备端，同样可以请求NC服务器内的数控程序，得到教师“确认”后，程序自动下载到相应的数控实训设备内。学生上机编写好程序后，不需要做任何操作，教师通过远程计算机就可以查看到所有学生编写完好的程序，并进行编写指导。
2.版本管理
DNC系统具备完善的程序版本管理功能，学生在每一台数控实训设备上的每次更改均产生新版本，系统自动跟踪并记录程序文件的所有变更，允许指导教师比较恢复指定程序版本。
3.运行监控
数控实训教学重视学生实际操作能力的培养，学生完成教师下发的程序编写任务后，需要上机调试运行，方能验证编写程序是否完全正确。在实际操作中，学生经常由于上课不认真、操作不规范、编程知识掌握不牢靠等原因造成实训设备故障。DNC系统能够实时监控联网内数控实训设备的运行状态和各项实时数据，教师通过DNC客户端可以同时监管所有学生的实训操作，一旦学生操作不规范或机床出现故障，教师能够第一時间锁定目标，并给出远程指导意见。
（三）数控维护实训教学
数控系统本身的复杂性要求企业需要专业的数控维护工程师。数控维护实训教学是学生学习数控运行原理、系统维护及故障维修等专业数控知识的重要课程。传统的数控系统参数维护都是单台手动维护，工作量大、效率低，新型的高端数控技能型人才必须能够使用信息化系统，实现数控系统的远程维护、批量维护。以PMC信号的编辑维护为例，教师做理论教学时，可以直接通过计算机访问联网内实训设备的实际信号值，而不需要做完理论教学后，再让学生去上机验证，这能够极大地促进教学的流畅性，真正实现“边教边学”。另外，学生在做PMC信号调试练习时，也可以通过计算机在远端实现，而不需要直接操作实训设备，而且学生的调试结果，教师同样可以在远程端实时监控。
四、DNC系统对数控实训教学的影响
（一）降低数控实训成本
DNC系统使数控实训教学彻底摆脱了实训设备不足、学生实操机会少的问题，因为数控教学过程中教师与学生通过计算机实现“人机联动”，数控实操学习基本可以在计算机上完成，不需要一直实操数控设备。计算机和机房的建设成本是要远远小于数控实训设备和实训室的建设成本的。
（二）提高数控实训质量
借助DNC系统，教师能够轻松地同时指导45名学生进行数控实训，学生实训过程中可以在线寻求指导教师帮助。实训过程的信息化有效提升了教师的教学效率，丰富了课堂教学内容。
（三）激发学习动力
使用信息化教学系统，学生兴趣浓厚，对数控实训的学习由以前的在教师督促下的“被动学习”转变为现在的“主动学习”。学生对DNC系统的使用学习比较快，且实际动手使用过后不再觉得实训教学枯燥无味，而是对数控实训课程充满期待，并且能够主动地探索新知识。
面对目前数控实训教学存在的问题，笔者通过数控通信实训教学、数控编程实训教学、数控维护实训教学三个方面，描述了DNC系统在数控实训教学中的应用，实际使用结果证明DNC系统对提高数控实训教学质量、提升学生学习效率、降低教学成本、规范教学管理等有很大的帮助。